автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование схем расположения, способов охраны подготовительных выработок и оценка их влияния на эффективность работы лав

■АД ■■ л «« *

Министерство науки, высшей школы и технической полигики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

ЧУПРИНА Елена Станиславовна

УДК 622.267:622.273.24

ОБОСНОВАНИЕ СХЕМ РАСПОЛОЖЕНИЯ, СПОСОБОВ ОХРАНЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК И ОЦЕНКА ИХ ВЛИЯНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ЛАВ

Специальность-05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. ЧЕРНЯК И. Л.

Официальные оплоненти: докт. техн. наук, в. н. с. ЖУРИЛО А. А., канд. техн. наук, доц. ПШЕНИЧНЫЙ А. А.

Ведущее предприятие — производственное объединение по добыче угля «Торезантрацит».

Защита диссертации состоится 1992 г.

в ./А. заседании специализированного совета

щ

К-053.12.02 в Московском горном институте по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан » . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, с. н. с. КОРОЛЕВА В. Н.

РОССИЙ?!:дя П'ДА-^^-.Г.л-ЖЛЛ БЙЗД'ИЫСКТГ "

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Увеличение глубины разработки и усложнение горно-геологических условий на угольных шахтах Донбасса привели к большим затратам на поддержание подготовительных выработок. Рост затрат на поддержание объясняется также тем, что существующие схемы расположения н способы охраны выемочных штреков часто применяются в условиях, не соответствующих их гео.механической сущности. Неустойчивое состояние этих выработок приводит к снижению эффективности работы очистных забоев. Б настоящее время на шахтах бассейна используются различные схемы расположения и способы охраны подготовительных выработок, эффективность применения которых зависит от обоснованности их выбора. На выбор способов охраны и поддержания выемочных штреков оказывает влияние большое число горно-геологических и горнотехнических факторов, что значительно усложняет выбор наиболее эффективных из них.

Вопросу выбора способов охраны выработок посвящено много работ и получены достаточно обоснованные рекомендации. Однако в ряде случаев эти рекомендации не учитывают влияние устойчивости подготовительных выработок на эффективность работы очистных забоев. В связи с этим можно утверждать, что проблема выбора рациональных схем расположения и эффективных способов охраны подготовительных выработок является актуальной, особенно для шахт Донецкого бассейна.

Повышение надежности поддержания штреков и показателей угледобычи требует знания количественного и качественного характера связи горно-геологических и горнотехнических факторов с глубиной и их влияния на технико-экономические показатели работы очистных забоев.

Цель работы — установление зависимостей объемов ремонтных работ подготовительных выработок от влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов для обоснования выбора рациональных схем расположения и эффективных способов охраны выемочных штреков, позволяющих повысить эффективность работы очистного забоя.

Идея работы заключается в учете влияния глубины, мощности1 пласта, структуры и свойств вмещающих пород и других факторов на выбор эффективных способов охраны подготовительных выработок.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

зависимости показателей работы очистных забоев от горно-геологических и горнотехнических факторов, отличающиеся группировкой исходных данных по свитам, позволяющие нейтрализовать негативные проявления горного давления в лавах;

установлена впервые зависимость показателя суточной нагрузки на очистной забой от объемов ремонтных работ в участковых выработках, позволяющая повысить эффективность работы лав;

зависимости объемов ремонтных работ подготовительных выработок ог горно-геологических и горнотехнических факторов, отличающиеся группировкой исходных данных по свитам, позволяют повысить их устойчивость;

методика выбора рационального способа охраны подготовительных выработок, учитывающая стоимость их охраны и поддержания и отличающаяся учетом увеличения нагрузки на очистной забой при повышении устойчивости выемочных штреков.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

представительным объемом статистической информации по работе очистных забоев и устойчивости подготовительных выработок в типовых горно-геологических условиях (532 очистных забоя с примыкающими подготовительными выработками);

достаточной сходимостью результатов аналитических исследований с фактическими показателями объемов ремонтных работ подготовительных выработок и нагрузки на очистной забой (расхождение не превышает 10%).

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей влияния объемов ремонтных работ подготовительных выработок на эффективность работы очистного забоя при увеличении глубины разработки и с учетом влияющих горногеологических и горнотехнических факторов.

Практическое значение состоит в разработке методики выбора рационального способа охраны выемочных штреков, позволяющей повысить эффективность работы очистного забоя в сложных горно-геологических условиях с учетом глубины разработки и других влияющих факторов.

Реализация работы. Разработанная методика выбора рационального способа охраны подготовительных выработок принята к внедрению на шахте «Горняк» ПО «Селидов-уголь».

Расчетный экономический эффект составляет 3,0 млн. руб/год.

Методы исследования:

обобщение и анализ зарубежного и отечественного опыта расположения и охраны подготовительных выработок;

сбор и анализ статистических материалов, отражающих эффективность работы очистных забоев и объемы ремонтных работ в примыкающих к ним подготовительных выработках методами математической статистики и теории вероятности;

экономико-математическое моделирование выбора схем расположения и способов охраны подготовительных выработок.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 научные работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на страницах машинописного

текста, содержит 33 рисунка, 10 таблиц, список использованной литературы из 112 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность докт. техн. наук, проф. Васючкову Ю. Ф. за консультации и содействие в проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Технико-экономические показатели работы угольной промышленности в значительной степени зависят от эффективности отработки угольных пластов на глубоких горизонтах, доля добычи из которых постоянно возрастает. Отрицательное влияние глубины связано с усложнением горно-геологических условий и снижением надежности функционирования всех подсистем шахты, что влечет за собой ухудшение условии труда и снижение технико-экономическнх показателей работы угольных шахт.

Наиболее ответственным звеном в технологической схеме являются очистные забои с примыкающими к ним выработками. Они в наибольшей степени подвержены влиянию различных факторов, прежде всего горного давления, а значит, наименее надежны и требуют к себе большего внимания, особенно в условиях современных шахт, когда глубина разработки постоянно увеличивается.

Известно много работ, посвященных изучению влияния глубины разработки на процессы, происходящие в массиве горных пород, на эффективность работы очистных забоев, на устойчивость подготовительных выработок. Этими вопросами

занимались многие институты и отдельные ученые: ИГД им. Скочннского, ВНИМИ, ДонУГИ, КНИУИ, ИГД Сибирского отделения РАН, ИГТМ, МГИ, ЛГИ, ДПИ, ДГИ, ТулПИ, КПТИ и многие другие. Проведенные ранее исследования свидетельствуют о различии в оценках количественного влияния глубины на процессы, происходящие в массиве при отработке пластов. Поэтому необходимо получение комплексных знаний о влиянии глубины и других факторов на эти процессы.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что влияние глубины разработки для различных условий различно и рассматривать его нужно во взаимодействии с другими горно-геологическими и горнотехническими факторами. Проведенный анализ исследований показывает, что раньше эта проблема рассматривалась без учета влияния устойчивости подготовительных выработок на нагрузку на очистной забой.

В работе предложено делить исходную статистическую информацию по геологическим свитам, представленным группой соответствующих пластов. Это позволило получить более точные зависимости и расширить область применения регрессионных моделей до рамок геологической свиты с ограничениями по углу падения пласта. Такое деление обеспечило единство генетических, петрографических и историко-геоло-гических особенностей рассматриваемых пластов и позволило судить о количественном изменении влияния глубины в зависимости от мощности пласта и других влияющих факторов.

В соответствии с изложенным в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

собрать представительную статистическую информацию, отражающую эффективность работы очистных забоев, отрабатывающих пологие пласты тонкие и средней мощности, содержащих угли энергетических и коксующихся марок, содержащих также характеристики устойчивости выемочных штреков, расположенных во всем диапазоне имеющихся к настоящему времени глубин разработки и различных технологических схем в наиболее характерных условиях Красноармейского и Донецко-Макеевского районов Донбасса;

обработать статистические данные методами математической статистики, получить зависимости, отражающие влияние различных горно-геологических и горнотехнических факторов на эффективность работы очистных забоев и устойчивость их подготовительных выработок;

составить экономико-математическую модель и программу для выбора на ЭВМ оптимального способа охраны выемочных выработок;

на базе проведенного анализа разработать рекомендации по повышению устойчивости подготовительных выработок путем правильного выбора их. способов охраны;

провести технико-экономическую оценку эффективности разработанных рекомендаций.

Решение поставленных задач включало в себя 2 основных этапа: первый — получение многофакторных регрессионных моделей для выбранных статистических аргументов и их анализ, второй — составление экономико-математической модели для выбора наиболее эффективного способа охраны подготовительных выработок.

Массив статистических данных включал описание 532 выемочных участков. К статистической обработке была принята выборка объемом 517 единиц. Источником для отбора данных служили планы горных работ, отчеты технико-экономических показателей работы лав, геологические структурные колонки, паспорта на ведение очистных и подготовительных работ.

Выборка включала данные о горно-геологических условиях расположения выемочных участков: глубину заложения, мощность и угол падения отрабатываемого пласта, свойства вмещающих пород, газообильность участка, влажность и зольность добываемого угля. Выборка включала также технологические характеристики: систему разработки и способ проветривания участка, его длину и время отработки, длину лавы, температуру воздуха в забое, способы охраны выемочных выработок; технические показатели: тип механизации в лаве, наличие дегазации и средств дополнительного охлаждения; экономические показатели: производительность труда, суточная нагрузка на забой, объемы перекрепления и подрывки подготовительных выработок за период их эксплуатации.

Для определения характера и степени влияния глубины разработки на эффективность работы лав и устойчивость подготовительных выработок, а также выявления факторов, в наибольшей степени влияющих на изменение технико-экономических показателей угледобычи и условия поддержания выемочных штреков, были выбраны следующие статистические показатели: производительность труда — Р (т/пых), нагрузка на очистной забой — А (т/сут), удельные объемы подрывки и перекрепления выемочных штреков — соответственно Ура (м3/п- м) и Ург (м3/п. м).

Для проведения корреляционного анализа были применены 2 способа группировки: по свитам и по способам охраны. В результате этого в первом случае было образовано 4 выборки (свиты Л, М, К, Н), во втором случае— 11.

Пласты «Алмазной» свиты — Л отрабатываются на территории обоих исследуемых районов. Мощность пластов изменяется в широком диапазоне от 0,5 до 2,45 м, со средней

мощностью 1,28 м. Породы непосредственной кровли представлены преимущественно глинистыми сланцами, основной— песчанистыми сланцами и песчаниками. На территории Донецко-Макеепского района пласты отличаются большой газообильностью и являются опасными по внезапным выбросам угля н газа. Диапазон разрабатываемых глубин 64—1100 м. Объем выборки — 246 очистных забоев с примыкающими подготовительными выработками.

Следующая группа пластов относится к «Горловской» свите— М, их мощность составляет от 0,55 до 1,87 м, средняя — 1,2 м. Вмещающие породы — преимущественно песчанистые и песчано-глинистые сланцы 11 и 111 класса по классификации б.ВУГЙ. Диапазон представленных глубин от 120 до 1240 м. Объем выборки — 63 очистных забоя.

Пласты свиты К — «Каменская» свита — представлены 116 очистными забоями. Глубина их разработки наименьшая из представленных в массиве— в основном от 70 до 500 м. Мощность пластов от 0,42 до 1,95 м при средней 0,86 м. Вмещающие породы слабые неустойчивые, соответствуют преимущественно I классу пород.

92 очистных забоя представляют «Смоляниновскую» свиту— Н, отрабатываются преимущественно на территории До-нецко-Макеевского района. Диапазон глубин, представленных статистическим .массивом данных, 508—1214 м, мощности пластов 0,6—0,95 м. Вмещающие породы представлены в основном глинистыми сланцами слабой и средней устойчивости, реже — песчаниками и известняками, соответствуют I классу пород. Пласты свиты характеризуются очень высокой газоносностью и склонностью к внезапным выбросам.

Наименьшей обводненностью характеризуются пласты свиты Н, их влажность составляет от 0,8 до 3,1'%, в то время как средняя влажность для пластов остальных свит колеблется в пределах 4,7—5,5%.

Газообильность свит изменяется в широких пределах: от 0 до 66 м3/мин. Наибольшие ее значения приходятся на пласты свит Н и Л. К этим же свитам относятся и наиболее опасные по внезапным выбросам угля и газа пласты.

Группировка исходного массива данных по свитам пластов при анализе регрессионных моделей позволила сделать следующие разграничения:

по глубине разработки, что позволило судить о характере и количественном влиянии различных факторов на исследуемые показатели при работе на глубине до 600 м — глубина, на которой работает 75% забоев свиты К, и на глубине свыше 600 м — 72% лав свиты Н;

по системам разработки, что отражает влияние рассматриваемых факторов на работу забоев и устойчивость подготовительных выработок при столбовой системе разработки

(87% выемочных участков, представляющих свиту Л, работают по этой системе), и при сплошной системе разработки (73% лав в свите Н работают по сплошной и 10% по комбинированной системе разработки).

Анализ данных показывает, что наименьшая средняя производительность труда 5,2 т/вых и нагрузка на забой 291 т/сут приходятся на пласты свиты Н. Это объясняется высокой газоносностью пластов (71% представленных лав проводят дегазационные мероприятия), выбросоопасностью, малой мощностью пластов, большими глубинами, которые сказываются на условиях проветривания и температурном режиме. Объемы ремонтных работ в подготовительных выработках этих лав составляют в среднем 0,82 и3/п. м при сред-неквадратическом отклонении 0,55 м3/п. м и коэффициенте вариации 144,2.

Наибольшая средняя производительность труда — 12 т/вых и нагрузка на очистной забой — 635 т/сут достигнуты на пластах свиты Л. Объясняется это более благоприятными условиями работы: выбросоопасные забои представлены только 13%, 61% лав оснащен механизированными комплексами, средняя мощность пластов 0,7—1,6 м при максимальной 2,45 м. Объем ремонта подготовительных выработок в среднем составляет 0,72 м3/п. м при средиеквадратнческом отклонении 0,25 м3/п. м и коэффициенте вариации 79,5.

Небольшая сравнительно производительность и нагрузка достигнуты на пластах свиты К — в среднем 8,1 т/вых. и 360 т/сут соответственно. Малая мощность пласта — преимущественно 0,42—1,2 и, невыдержанность их по мощности, наличие геологических нарушений не позволяют эффективно использовать механизированные комплексы (КМЗ здесь составляют 26%). Слабые неустойчивые породы кровли приводят к большим объемам ремонтных работ, которые в среднем составляют 0,56 м3/п. м при среднеквадратическом отклонении 0,25 м3/п. м и коэффициенте вариации 112,5, что примерно в 2 раза больше, чем в выработках свиты Л на соответствующих глубинах.

Вышесказанное свидетельствует о том, что на показатели работы очистных забоев большое влияние оказывают мощность пласта, система разработки, свойства вмещающих пород, глубина разработки и объемы ремонтных работ в подготовительных выработках. Чтобы определить долю участия каждого из них в суммарном влиянии на эффективность работы лав, были построены регрессионные модели.

Статистические характеристики полученных уравнений достаточно высоки. Для производительности труда коэффициент множественной корреляции составляет от 0,75 до 0,83, для нагрузки на лаву — от 0,79 до 0,91. Уравнения, полученные для пластов свиты Н, имеют вид:

300,4 -f 4,3,л-f 0,002vt+ 0,004 Vv- 0,000003//*+ +0,1 Am „Л 0,005m()2-0,2503-0,00008/,2 + 3,9S0+

+ 0,03/л- 11,21 ;- 0,1 /- (1,000 V' + 0,14/-'—2846/i, /? = 0,81;

>1 —1257— 0,4/z+554/tt+0,8/M+25,9/t < 30,8/,— -0.1 l/,+73S0+G.7/n0; = 0,91,

где m — мощность разрабатываемого пласта; h — глубина разработки;

тр, fp—соответственно мощность н крепость пород почвы;

•So, Wo—соответственно состав и мощность пород основной кровли; / — абсолютная газообильность; /л — длина лавы; / — температура воздуха в забое;

Vt, Vv — соответственно объемы ремонтных работ (подрывка и перекрепление) транспортного и вентиляционного штреков.

Анализируя полученные уравнения, можно сделать вывод о том, какие из факторов являются определяющими. Так, для производительности труда и нагрузки на очистной забой — это мощность пласта, мощность и свойства вмещающих пород, глубина разработки, длина лавы, температура воздуха в очистном забое, объемы ремонтных работ в подготовительных выработках. Для различных свит значимость выделенных факторов различна. Для свит Л и М глубина разработки оказывается более значимым фактором, чем для свит Н и К, где это г показатель представлен значениями с меньшим коэффициентом вариации. Кроме этого, п свитах К н Н гораздо меньше мощность пластов, что свидетельствует об уменьшении влияния глубины при увеличении мощности пласта. Длина лавы и выемочного участка оказывает меньшее влияние на производительность труда в свите Н, что объяс няегся применением сплошных систем разработки. Значимость температуры воздуха в забое и объемов ремонтных работ в подготовительных выработках увеличивается с ростом глубины заложения. Поэтому для свит К, где глубины малые, значимость этих факторов мала. С увеличением глубины разработки увеличивается влияние основной кровли и уменьшается влияние непосредственной.

Анализ влияния объемов ремонтных работ на показатель суточной нагрузки показывает, что увеличение объема работ по ремонту выработки на 100 м3 снижает нагрузку на забой в среднем на 10—15%, что составляет от 20 до 40 т/сут.

Для того, чтобы определить пути повышения устойчивости выемочных штреков и тем самым улучшить показатели работы лав, далее в работе были построены регрессионные модели для объемов ремонтных работ: Vpd, Vpr—соответственно подрывки и перекрепления. Коэффициенты множественной корреляции для этих уравнении изменяются от 0,68 до 0,85. При этом значения F-статистики больше табличных в 4—7 раз (при уровне значимости н=0,05).

Анализ уравнений показывает, что наибольшее влияние на объемы ремонтных работ оказывают: способы охраны выемочных штреков, мощность пласта, глубина заложения, свойства вмещающих пород. Ниже приведены уравнении, полученные для свиты К:

1/^=0,01 —0,001Л - 0,003/^+0,^,4-0,9т + + 0,1 5K-f 0,02mK—0,1/к—0,05S„ + 0,04то--0,0035,*4-0,000001 Л2 -0,Зда2-0,001/яо2: /?=0,78;

Vpr=-0,27+0,07/p+0,45,—0,05/к+0,03 W --0,1S* +1.006S/ -0,0007//-0,055/71,-0,21710-}- 0,0007/яо2 + +0,000001//2+0,003w/+o;^)w—0,13m2; /9=0/78,

где /; — глубина разработки;

т — мощность пласта; 5 — способ охраны выемочного штрека; /р, тр— соответственно крепость и мощность пород почвы;

5Н. /и. mw — соответственно состав, крепость и мощность пород непосредственной кровли; 50, т0—соответственно состав и мощность пород основной кровли; W — влажность угля.

Влияние факторов различно для различных геологических спит. Так, если для свиты Л наиболее значимыми являются способы охраны, мощность основной кровли, глубина и мощность пласта (факторы названы в порядке убывания значимости), то для свиты Н на первое место выходит глубина разработки, при этом значимость мощности пласта очень мала. Для свиты К значимость таких ^факторов, как свойства пород непосредственной кровли и мощность пород почвы, больше, чем для других свит.

Анализ полученных уравнений позволяет сделать вывод о том, что влияние основной кровли на устойчивость подготовительных выработок с ростом глубины возрастает, а влияние такого фактора, как мощность пласта, уменьшается.

Зависимость показателя объемов ремонтных работ подготовительных выработок от способа охраны доказывает, что правильный его выбор может значительно улучшить состояние выемочных штреков.

Общеизвестно, что величина смещений пород кровли в подготовительной выработке в зоне влияния очистных работ связана с влиянием как динамической составляющей опорного давления, так и статической. Доля каждой из них в суммарном смещении зависит от свойств вмещающих пород, мощности пласта, глубины разработки. С уменьшением мощности и прочности пород непосредственной кровли влияние статической составляющей увеличивается. Это важный момент для правильного выбора способа охраны, расположения и поддержания выработок. Поэтому далее в работе были определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на объемы ремонтных работ при различных способах охраны.

В результате группировки данных по схемам расположения и способам охраны подготовительных выработок было получено 11 выборок. Если учесть, что обрушающиеся слои кровли одинаково влияют на устойчивость кровли как в подготовительном, так и в очистных забоях, то изменение способа управления кровлей — это тоже один из способов повышения устойчивости выработок. Поэтому из массива данных была выделена группа забоев с управлением кровлей частичной закладкой.

Анализ горно-геологических условий и объемов ремонтных работ по выборкам показывает, что наиболее распространенным способом является проведение выработок в массиве — 28% из числа рассмотренных. Диапазон глубин для транспортного штрека составляет 65—1130 м, мощности пласта 0,42—2,4 м. При этом средняя величина удельных объемов ремонтных работ 0,52 м3/п. м при среднеквадратическом отклонении 0,37 м8/п. м и коэффициенте вариации 70,9. В качестве наиболее значимых факторов здесь можно выделить: глубину заложения, мощность пласта, длину лавы, свойства пород непосредственной и основной кровлн. Уравнение, полученное для объемов ремонтных работ при проведении выработок в массиве, имеет вид:

+0,7+0,0()1А-а2/№—0.0002/ц—0,2/р-0,Г0С/+0,(М7/о+ +0,01 /ик+0,1 м3 + 0,01 /у —0,07.Sc — 0,02/ло+0,0007тД Я = 0,74.

Последнее время все большее применение находит способ проведения выработок вприсечку к выработанному пространству. Его представляют 21 % выработок, в основном это вентиляционные штреки. Наиболее часто этот способ используется в условиях, когда мощность пород непосредственной кровли мала, а основную слагают прочные труднообрушае-

мые породы. Объемы ремонтных работ в этих выработках в среднем такие же, как и при проведении выработок в массиве— 0,52 м8/п. и при среднеквадратнческом отклонении 0,32 м3/п. м и коэффициенте вариации 62,2. Наиболее значимые факторы: глубина, мощность и крепость основной кровли, мощность непосредственной кровли и пласта. Уравнение множественной корреляции для этих выработок имеет вид:

1//=!),3+(),(ЛХ)7Л + 0,1т-< 1,^)015/„ -0,(>4/г>~ O,O()7/-h

Очень распространен способ охраны подготовительных выработок целиками—13% представленных в массиве данных. Это объясняется простотой и небольшими затратами на организацию охраны таких выработок. Глубина применения в исследуемом массиве данного способа находится в пределах от 70 до 865 м, при этом объемы ремонтных работ достаточно велсгки—в среднем 0,98 м3/п. м при среднеквадратнческом отклонении 0,39 м3/п. м и коэффициенте вариации 40,7. Анализируя гистограммы распределении, можно сделать вывод о том, что чаще всего целики используются при небольшой мощности пород непосредственной кровли, когда мощность основной либо мала (менее 7 м), либо достаточно велика (более 19 м). Значимыми факторами здесь являются свойства пород почвы н непосредственной кровли, мощность пласта. Отрицательное влияние глубины на объемы ремонтных работ, связь с которыми квадратичная, начинает скалываться с отметки 400—450 м.

В настоящее время сокращается применение способа охраны деревянными кострами. В исходном массиве данных его представляют 0,6% выработок. Диапазон глубин 102— 700 м, мощность пласта 0,5—1,7 м. Объемы ремонтных работ в среднем составляют 0,68 м3/п. м при среднеквадратнческом отклонении 0,38 м3/п-. м и коэффициенте вариации 57,5. Наибольшую значимость при охране деревянными кострами приобретают: мощность пород почвы, мощность пласта и непосредственной кровли, длина лавы и выемочного участка. Увеличение мощности почвы и непосредственной кровли уменьшает величину исследуемого показателя.

С увеличением глубины разработки все большее применение находит охрана бутовыми полосами. При проведении выработки позади очистного забоя она подвергается воздействию лишь той части динамической составляющей опорного давления, которая имеет место позади забоя. Поэтому смещения пород в этом случае будут меньше, чем при проведении выработок до начала ведения горных работ. В работе охрана бутовыми полосами рассмотрена несколько подробнее и представлена следующими схемами: «массив—бутовая по-

лоса», «бутовая полоса — выработанное пространство», «бутовая полоса — целик», двухсторонние бутовые полосы. В целом объемы ремонтных работ в таких выработках в среднем составляют от 0,55 до 0,75 м3/п. м, глубина разработки — максимальная для исследуемого массива — до 1325 м. Мощность пласта в среднем не превышает 1,3—1,5 м. Наиболее значимыми в этом случае оказались факторы: глубина, мощность пласта, мощность основной кровли, крепость пород почвы. Увеличение мощности пород почвы и основной кровли увеличивает устойчивость таких выработок.

Частичная закладка применяется очень редко из-за большой трудоемкости работ, несмотря на то, что объемы ремонтных работ при этом способе минимальные и не превышают 0,61 м3/п. м, при этом минимальная мощность пласта 1,7 м при средней 0,7 м, длина выемочного участка достигает 2000 м. Наибольшее влияние па такие выработки оказывают свойства и мощность непосредственной кровли, длина лавы, мощность пласта, свойства основной кровли. Увеличение мощности и крепости непосредственной кровли и почвы уменьшает объемы ремонтных работ, в то время как упрочнение основной кровли приводит к их увеличению.

Полученные уравнения множественной регрессии позволяют прогнозировать объемы ремонтных работ н определять пути нейтрализации негативного влияния тех или иных факторов.

Особенностью полученной модели является то, что она позволяет не только рассчитать стоимость охраны и поддержания подготовительных выработок, но и определить показатель суточной нагрузки на очистной забой при различных способах охраны выемочных штреков.

Математическая формулировка задачи следующая: для заданной совокупности горно-геологических и горнотехнических условий установить рациональный способ охраны транспортного штрека, соответствующий минимуму затрат стоимостной функции:

-V, /(/', !', р, Теав, Д), (1)

где г — способ охраны штрека; р, — система разработки; р— индекс геологической свиты;

Ьу — длина выемочного поля;

Гслн —срок службы выработки;

А — коэффициент изменения нагрузки на забой в зависимости от способов охраны его выемочных штреков.

В качестве критерия оптимальности функции (1) приняты эксплуатационные затраты на поддержание штрека, рассчитанные за весь срок его службы и отнесенные к одному году:

'.о ¿V (о + (,) + <£) + (О, (2)

/=1, .... 11,

где —стоимость перекрепления при /-м способе охра-

ны, приведенные к 1 году; \1) — стоимость подрывки выработки при /м способе охраны, приведенная к 1 году.

При определении стоимости подрывки и перскреплепня использовались регрессионные модели, полученные для показателей объемов ремонтных работ по свитам. Нормы выработки и расцепки определялись по справочникам;

5^:1) — дополнительные затраты, характерны^ для конкретного способа охраны г: затраты на выкладку бутовых полос, деревянных костров, потери в целиках и т. д.;

—стоимость, получаемая за счет увеличения (умснь шения) суточной нагрузки на очистной забой вследствие большей (меньшей) устойчивости выемочных штреков. При расчете этой составляющей использовались регрессионные модели для показателя нагрузки на забой по свитам. Критерий оптимальности 5с(л рассчитывается для ¡1 рассмотренных в работе способов охраны подготовительных выработок. В качестве 12-го дополнительного способа проводится расчет полимеризацнонного укрепления вмещающих пород.

Результаты работы с моделью показывают, что в наиболь шей степени глубина разработки влияет на стоимость поддержания выработок при охране целиками, особенно при глубине свыше 400 м, что объясняется ростом потерь угля в целиках, выраженных в денежной форме.

Заметное влияние оказывает глубина и. па стоимость поддержания выработок, охраняемых деревянными кострами, в то время как для объемов ремонтных работ при данном способе этот фактор являлся малозцачнмым. Обт^ясняетея это падением нагрузки на очистной забои с ростом глубины и увеличением составляющей Бл (п.

Если затраты па поддержание вырабоюк, проведенных в массиве, принять за единицу, то можно сказать, что для пород кровли, относящихся ко второму и третьему классу пород по классификации б. ВУГИ, охрана выработок целиками оказывается в среднем в 5—6 раз дороже, причем с ростом глубины разработки и мощности пласта это соотношение все больше увеличивается. Стоимость поддержания выработок, проведенных вприсечку к выработанному пространству, в среднем на 7—10% больше и с ростом указанных факторов это соотношение уменьшается. Стоимость охраны выработок по схеме «бутовая полоса — массив» в среднем в 2-^2,2 раза дороже. Для пород, относящихся к Г классу, охрана целиками дороже в 8—9 раз, стоимость поддержания выработок,

проведенных вприсечку, дороже на 15—17%, стоимость охраны выработок, охраняемых бутовыми полосами, с глубины 800—850 м становится дешевле.

Разработанная методика была принята к внедрению б условиях шахты «Горняк» ПО «Селидовуголь». При этом расчетный экономический эффект составил 3,6 млн. руб/год (расчет производился в ценах апреля 1992 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика сбора и обработки статистической информации, характеризующей устойчивость подготовительных выработок с учетом ее влияния па эффективность работы очистного забоя, отличающаяся группировкой исходного массива данных по геологическим свитам применительно к условиям Донецкого бассейна.

2. Установлена зависимость снижения суточной нагрузки на лаву от объемов ремонтных работ в подготовительных выработках. Увеличение объемов на 100 м3 приводит к снижению нагрузки на лаву в среднем на 10—15%: для свиты М — на 3—5%, что составляет 15—20 т/сут, для свиты Л — на 8— 10% или 40 т/сут, для свиты К—на 11 — 17% (30—40 т/сут), для свиты Н — на 17% (30 т/сут).

3. Показано, что влияние глубины разработки па нагрузку с ростом мощности пласта уменьшается. Для свиты М, где наиболее характерный диапазон изменения мощности пласта 0,9—1,7 м, увеличение глубины на 100 м снижает нагрузку на 3%, что составляет 20 т/сут, для свиты К с диапазоном мощности пласта 0,42—1,2 м — па 11% или 30 т/сут, для свиты Н, где характерная мощность пластов 0,6—0,95 м — на 12%, пли 42 т/сут.

4. Установлено, что значимость влияющих факторов для различных свит различна. Для свиты Л значимость факторов на производительность труда располагается в следующем порядке: мощность пласта, длина лавы, глубина, мощность основной кровли, объемы ремонтных работ, температура воздуха в забое, мощность пород почвы. С изменением мощности пластов и глубины разработки в свитах значимость факторов изменяется. Так, для свиты Н максимальное влияние на производительность труда имеют температура воздуха, абсолютная газообилыюсть, состав пород основной кровли.

Показано, что для свиты Л, где в основном применяется столбовая система разработки, основным фактором, влияющим на объемы ремонтных работ в подготовительных выработках, является способ охраны. Для свиты И при небольшом диапазоне и малой мощности пласта применяется в основном сплошная система разработки и охрана выработок бутовыми полосами, при этом наибольшее влияние на их ус-

тойчивость оказывают глубина н мощность основной кровли. Для свиты М при II и III классах пород по классификации б. ВУГИ наиболее значимыми оказались глубина, мощность пласта и мощность непосредственной кровли. Для свиты К при слабых, относящихся к I классу, породах кровли, наибольшее влияние на устойчивость выработок оказывают мощность основной кровли и крепость непосредственной.

5. Разработана методика выбора способа охраны подготовительных выработок, реализованная на ЭВМ. Методика впервые включает экономико-математические модели стоимости охраны и поддержания подготовительных выработок с учетом нагрузки на очистной забой и дает возможность выбирать рациональные варианты расположении и о:;р.?:т работок.

6. Установлено, что для пластов свиты Л, не опасных по внезапным выбросам угля и газа, в диапазоне мощности пластов 1,28—0,4 м при II и III классах пород кровли (классификация б. ВУГИ) при газообнльностн до 10 м3/мнп рекомендуется столбовая система разработки с проведением вентиляционного штрека впрнсечку к выработанному пространству.

7. Показано, что для пластов свит К и Н в диапазоне изменения мощности 0,42—0,95 при I классе пород следует применять сплошную и комбинированную системы разработки с проведением выработок позади лавы.

8. Разработанная методика принята к внедрению па шахте «Горняк» ПО «Селидовуголь». Расчетный экономический эффект составил 3,6 млн. руб/год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Чуприна Е. С. Влнянне горно-геологических факторов на объемы ремонтных работ в подготовительных выработках.— В сб.: Региональная подготовка угольных месторождений к эффективной и безопасной разработке. — М.: МГИ,

1991, с. 64—66.

2. Радченко В. В., Чуприна П. С. Совершенствование способов охраны подготовительных выработок в Донбассе. — Уголь Украины, 1991, № 11, с. 30—34.

3. Янко С. В., Чуприна Е. С. Проблемы комплексного освоения угольных месторождений Украины. — Уголь Украины,

1992, № 9, с. 11—15.

4. Чугай М. И., Иовенко В. И., Чуприна Е. С. Новые крепи горных выработок п подземных сооружении в условиях агрессивных сред. — Горный журнал, 1992, № 9, с. 14—16,